基于單片機(jī)的數(shù)字電流表的設(shè)計(jì)

1、本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))主題：基于單片機(jī)的數(shù)字電流計(jì)的設(shè)計(jì)。學(xué)院電子信息工程學(xué)院各學(xué)科工程專業(yè)電子信息工程取得學(xué)位指導(dǎo)教師2015年05月30日摘要隨著時代的進(jìn)步，隨著電子科學(xué)技術(shù)的日益更新，傳統(tǒng)的電子電子測量儀器模擬測量儀器即使能直觀地讀取鐘表針從刻度盤上偏轉(zhuǎn)了多少，占全刻度的百分之幾等，也不能滿足對測量數(shù)據(jù)的正確要求，所以更高另外，以往的模擬測量器需要在計(jì)算時換算讀取值進(jìn)行說明，而且不同的觀察者會帶來“視差”，即使同一觀察者在不同的位置，也有可能得到不同的結(jié)果和偏差。 然而，數(shù)字電流計(jì)能夠克服這些問題，其測量結(jié)果直接以數(shù)字形式顯示在顯示器上。 數(shù)字電流計(jì)不僅具有讀取值準(zhǔn)確、設(shè)計(jì)簡單、攜帶方便

2、的優(yōu)點(diǎn)，而且操作方法簡單，人們方便使用，這些優(yōu)點(diǎn)將數(shù)字電流計(jì)廣泛應(yīng)用于近年來的電氣電子測量中。本文基于AT89C51單片機(jī)，論述了數(shù)字電流計(jì)的工作原理和設(shè)計(jì)過程。 利用protect軟件設(shè)計(jì)、Keil C軟件和Proteus模擬軟件，根據(jù)所給數(shù)字電流計(jì)的技術(shù)指標(biāo)和要求，確定電流計(jì)所需部件和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的方法簡單，最終得到理想、符合設(shè)計(jì)要求的數(shù)字電流計(jì)。關(guān)鍵詞： C51單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字電流計(jì)Abstracttheprogressoftime， increnicasinglyupdatingelectronicscienceandtechnology traditionalelectrice

3、lectionandelectrolectronectronicmeasurementinstrument stru ments venititutiveliderforthedillanddformentofcelsorarcountedforafewpercentoffullscale alsocannotmeettheexactrequirements 222222222222000000000000 ationandddrectionofthereadings，andddifferebserverwillbringadifferentman， parallax， everififfth

4、esameboserverindefirectorsationmayegediffirentrationresultsanderror.however .數(shù)字儀表是istsmetrissressindigitiondi hescreeout.digitionammmetredinisnotonlyaccurate，簡單設(shè)計(jì)，the advantages of portable，and simple method of operation，itisssallat89c 51微型控制器基本版， digitalammeterdiscussedtheworkingprinciplesanddesign

5、process.useprotelsoftwaredesign kilcsoftwareandproteusssimulationsoftware， dependingonthedigitalammetertechnicalindicators和requirements determinetherrequirequirequirequirequirequirequirequirentherrequirequirequirequirequirequirequirequirequirequirequirkeywords : c 51微控制器rdigitalammeter； a/d轉(zhuǎn)換器； 數(shù)字阿m

6、meter目錄摘要IPS PS S商品目錄一.引言11.1研究背景和意義11.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀21.3本文的主要內(nèi)容為22 .數(shù)字電流計(jì)的理論22.1數(shù)字電流計(jì)的工作原理22.2 A/D轉(zhuǎn)換器32.3 AT89C51單片機(jī)52.4液晶顯示器83 .數(shù)字電流計(jì)的設(shè)計(jì)93.1方案論證93.2任務(wù)指標(biāo)103.3整體電路圖104 .軟件設(shè)計(jì)114.1軟件設(shè)計(jì)的主流程圖114.2編程語言介紹114.3 Protel99SE軟件介紹125 .系統(tǒng)調(diào)試和實(shí)物制作135.1硬件系統(tǒng)的調(diào)試135.2系統(tǒng)軟件的調(diào)試135.3整個系統(tǒng)的調(diào)試145.4實(shí)際硬件制作結(jié)果14六.總結(jié)和展望14參考文獻(xiàn)16謝謝你17附錄

7、181 .引言1.1研究背景和意義數(shù)字電流計(jì)簡稱AMP，其測量原理是通過數(shù)字測量技術(shù)，將輸入的連續(xù)模擬量(直流輸入電流)轉(zhuǎn)換為不連續(xù)離散數(shù)字形式，并在液晶顯示器上顯示的儀表。 過去傳統(tǒng)的模擬式電流計(jì)不僅功能單一，而且精度低，不能滿足現(xiàn)在數(shù)字時代的需要，但基于單片機(jī)的數(shù)字電流計(jì)不僅具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便的特征目前，基于各種型號的單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器等設(shè)計(jì)的數(shù)字電流計(jì)，已經(jīng)在電子、電氣、電子測量、工業(yè)自動化儀表、自動檢測系統(tǒng)等多種智能測量領(lǐng)域發(fā)揮著重要的地位，獲得越來越多的用戶的歡迎，體現(xiàn)了數(shù)字電流計(jì)的強(qiáng)大生命力同時，基于AMP擴(kuò)展的通用和專用數(shù)字儀表也把電量和非電量測量的技

8、術(shù)水平提高到更高的位置。在進(jìn)行課題設(shè)計(jì)之前，我們不僅要在網(wǎng)上和圖書館學(xué)習(xí)尋找必要的資料的方法，復(fù)習(xí)過去學(xué)過的課程知識，加深理解和記憶，為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)，還要為今后的工作做好充分的準(zhǔn)備。 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)主題的分析，了解數(shù)字電流計(jì)的構(gòu)成特性和工作原理使用數(shù)字電流計(jì)來測量、調(diào)整和校正數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)如何進(jìn)行分流電路的連接設(shè)定和計(jì)算，了解過載電路保護(hù)的工作原理和功能。 最終，通過本課程的設(shè)計(jì)，我們掌握了電子設(shè)計(jì)的基本步驟和方法，自己分析問題，解決問題，培養(yǎng)處理問題的能力。數(shù)字電流計(jì)與傳統(tǒng)的模擬式電流計(jì)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)1 .能直觀正確地讀取數(shù)字2 .可以顯示小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)3 .測量時的數(shù)字分辨率高，精度

9、高4 .可測量的范圍很寬5 .可擴(kuò)展6 .工作效率高7 .輸入阻抗高8 .電路集成度高，功耗少9 .抗干擾性強(qiáng)。綜上所述，數(shù)字型電流計(jì)不僅代替?zhèn)鹘y(tǒng)的指針電流計(jì)是時代發(fā)展的必然趨勢，也是當(dāng)前市場的迫切需要。 這次課題的選擇和設(shè)計(jì)是基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)的。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀數(shù)字電流計(jì)問世以來，經(jīng)過多年的發(fā)展和改進(jìn)，大致可以歸納為五代產(chǎn)品。 第一代產(chǎn)品是電子管數(shù)字電流計(jì)，產(chǎn)于20世紀(jì)50年代，第二代產(chǎn)品是晶體管數(shù)字電流計(jì)，產(chǎn)于20世紀(jì)60年代，第三代產(chǎn)品是中小規(guī)模集成電路的數(shù)字電流計(jì)，開發(fā)于20世紀(jì)70年代。 第四代、第五代產(chǎn)品是近年來國內(nèi)外相繼開發(fā)的由大規(guī)模集成電路(LSI )或超大規(guī)模

10、集成電路(VLSI )組成的數(shù)字電流計(jì)、智能數(shù)字電流計(jì)。 這些數(shù)字電流計(jì)的問世先于電子測量的過程，因其精度高、可靠性高、分辨率高、性價(jià)比高等優(yōu)秀特性受到歡迎。1.3正文主要內(nèi)容的安排前期查閱了大量雜志、期刊、論文等重要資料，文獻(xiàn)后，大致掌握了用單片機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)字電流計(jì)的構(gòu)想，具體文章章節(jié)如下。第一章：引言介紹數(shù)字電流計(jì)的研究背景和意義、發(fā)展現(xiàn)狀和所取得的研究成果。第二章：詳細(xì)介紹數(shù)字電流計(jì)的基本理論知識。第三章：詳細(xì)介紹數(shù)字電流計(jì)的設(shè)計(jì)方案和數(shù)字電流計(jì)的任務(wù)指標(biāo)和整體電路圖的設(shè)計(jì)。第四章：介紹Protel99SE軟件的使用和編程語言的學(xué)習(xí)。第五章：對數(shù)字電流計(jì)進(jìn)行硬件、軟件和系統(tǒng)整體調(diào)試。第六章：

11、對論文進(jìn)行總結(jié)和展望。2 .數(shù)字電流計(jì)的理論2.1數(shù)字電流計(jì)的工作原理數(shù)字電流計(jì)是一種能夠經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的連續(xù)的模擬電流量轉(zhuǎn)換為不連續(xù)且離散的數(shù)字形式，在液晶顯示器上顯示電流的讀取值的儀表，與模擬式電流計(jì)相比，數(shù)字電流計(jì)的測量數(shù)據(jù)正確，顯示的讀取值的精度高等特征首先，用單片機(jī)和外部擴(kuò)展電路制作了理想的電壓1，硬件電路設(shè)計(jì)由7部分組成：主模塊AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示系統(tǒng)、驅(qū)動電路、復(fù)位電路硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示復(fù)位電路主模塊AT89C51水晶振動電路模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器驅(qū)動電路電壓信號顯示模塊圖2-1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖常用的電流計(jì)是敏感的電流計(jì)，它的范圍太小，不能

12、直接測量電流，只能測量電流和電流的流動，所以需要把理想的電壓表改造成多范圍或范圍大的數(shù)字電流計(jì)。 這次的課題是基于一個內(nèi)部電阻無限大的數(shù)字電壓表，并聯(lián)連接一個分流電阻而構(gòu)成的數(shù)字電流計(jì)，其工作原理用圖2-2表示，電路圖用g表示。 要測量的電流流過電阻器時，電流計(jì)的范圍由g的全范圍電壓和電阻器的電阻值決定。 如果把u記為g的全范圍電壓，根據(jù)歐姆定律U=RI，如果知道u和r，電流計(jì)的全范圍電流就變成I的數(shù)值。圖2-2數(shù)字電流計(jì)的基本工作原理2.2 A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器也稱為D/A轉(zhuǎn)換器，其主要功能是將數(shù)字容量轉(zhuǎn)換為模擬容量。 D/A轉(zhuǎn)換器的配置基本上包括四個部分：權(quán)利電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、基

13、準(zhǔn)電源和模擬開關(guān)。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器一般被簡稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和ADC，其主要功能是將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號2。 通過對變換器的理解和本設(shè)計(jì)的要求，考慮到具體的變換器的性能指標(biāo)等特征，選擇PCF8591作為本設(shè)計(jì)的A/D變換器。PCF8591轉(zhuǎn)換器是單片集成、可獨(dú)立供電、功耗低、能夠獲取8位CMOS數(shù)據(jù)的設(shè)備。 PCF8591具有4個模擬輸入、1個模擬輸出、1個串行I2C總線接口。 PCF8591的地址管腳有三個，可以在A0、A1、A2 (分別為A0、A1、A2 )對硬件地址進(jìn)行編程，在不添加附加的硬件的情況下，就能夠?qū)藗€PCF8591設(shè)備連接到同一I2C總線。 輸入到PCF85

14、91的設(shè)備的地址、輸出地址、控制信號和數(shù)據(jù)信號通常通過雙線雙向I2C總線串行傳輸信息3。PCF8591具有多模擬輸入、內(nèi)置跟蹤保持、8位模擬和數(shù)模轉(zhuǎn)換等功能，并且I2C總線的最大速率決定了PCF8591的最大轉(zhuǎn)換速率。其特征如下：1獨(dú)立的電源系統(tǒng)2PCF8591的電壓工作范圍為2.5V-6V3待機(jī)消耗電流低4通過I2C總線進(jìn)行串行輸入輸出5PCF8591用三個硬件地址管腳尋址6PCF8591的采樣率取決于I2C總線速率74個模擬輸入可以編程為單端型或差動輸入8自動增量信道選擇9PCF8591的模擬電壓的范圍從VSS到VDD10PCF8591內(nèi)置跟蹤保持電路118比特逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器12DAC增益的實(shí)現(xiàn)可以通過一路模擬輸出來實(shí)現(xiàn)電路圖如圖2-3所示圖2-3 PCF8591的電路圖PCF8591端子信息4如圖2-4所示圖2-4 PCF8591端子AIN0AIN3:模擬信號的輸入端。A0A2 :管腳地址側(cè)。VDD、VSS :電源側(cè)(2.5V6V )。SDA、SCL:I2C總線的數(shù)據(jù)線、時鐘線。OSC :外部時鐘的輸入側(cè)、內(nèi)部時鐘的輸出側(cè)。EXT :內(nèi)部外部時鐘的選擇線，EXT接地時使用內(nèi)部時鐘。AGND